蔣 濤

(新疆頭屯河流域管理局水利管理中心，新疆 烏魯木齊 830022)

隨著信息化概念的不斷推廣與普及，人們逐漸認(rèn)識(shí)到遠(yuǎn)程傳輸和無(wú)線遙感技術(shù)在日常生活中所扮演的重要角色，遠(yuǎn)程傳輸和無(wú)線遙感技術(shù)可以極大地提高工作效率，尤其在條件艱苦的工作崗位上。無(wú)人機(jī)是近些年來(lái)輔助遙感技術(shù)重要支撐平臺(tái)，是未來(lái)航空器的主流發(fā)展方向之一，已成為世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。目前，無(wú)人機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，具有機(jī)動(dòng)性高、適用性強(qiáng)、分辨率高、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，在水利管理行業(yè)中正逐漸嶄露頭角。隨著“十四五”計(jì)劃中水利信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，采用先進(jìn)技術(shù)手段提高水利行業(yè)工作效率是現(xiàn)今水利工作者的研究重點(diǎn)[1]。為此，本文通過(guò)總結(jié)無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水利行業(yè)中管理、應(yīng)急救災(zāi)、國(guó)土資源監(jiān)察、水利行政執(zhí)法、水工建筑物病害巡查等領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐，論述無(wú)人機(jī)技術(shù)在水利行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

如我所料，學(xué)生頓時(shí)傻眼了，面面相覷，有些平時(shí)互動(dòng)多的同學(xué)試探性地起哄——誰(shuí)知道啊？是啊，誰(shuí)知道老師走了多少步？誰(shuí)知道老師會(huì)提這個(gè)莫名其妙的問(wèn)題？但不管怎么說(shuō)，老師就是這么真真切切地從大家的眼皮底下走過(guò)，只不過(guò)一開(kāi)始大家并不知道老師要問(wèn)這個(gè)問(wèn)題，所以好像視若無(wú)睹了。

1 無(wú)人機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

無(wú)人機(jī)是利用無(wú)線電遙控設(shè)備操控，可以搭載相關(guān)傳感器的無(wú)人駕駛飛機(jī)，可以通過(guò)自動(dòng)化、智能化、專用化等相關(guān)技術(shù)快速獲取國(guó)土、資源和環(huán)境等空間遙感信息，并實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)專業(yè)人士進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和整理，以供相關(guān)單位工作者進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。常見(jiàn)無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)主要由空中控制系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)3部分組成。空中控制系統(tǒng)主要包括通訊模塊和地表影像采集模塊。地面控制系統(tǒng)主要引導(dǎo)和制定無(wú)人機(jī)航行航攝路線。高級(jí)地面控制系統(tǒng)可以對(duì)預(yù)定航攝地區(qū)提前規(guī)劃好無(wú)人機(jī)的飛行路線等有關(guān)飛行，同時(shí)記錄并保存所有導(dǎo)航數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要根據(jù)各單位的實(shí)際需要通過(guò)軟件對(duì)圖像或視頻進(jìn)行分析。國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的主流軟件有PixelGrid、ERDAS、ENVI、ER mapper等。

常見(jiàn)無(wú)人機(jī)種類主要包括固定翼式、多旋翼式和無(wú)人直升機(jī)等。固定翼式起降方式多采用跑道滑行、彈射等；抗風(fēng)能力較強(qiáng)，可長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航，但無(wú)法進(jìn)行定點(diǎn)懸停拍攝工作，因此一般適用于監(jiān)控輻射范圍廣或應(yīng)急響應(yīng)情況下的航測(cè)任務(wù)。多旋翼式和無(wú)人直升機(jī)無(wú)需跑道和彈射器，對(duì)于起降場(chǎng)地要求低，可在復(fù)雜地勢(shì)條件下快速起降，具有飛行靈活性強(qiáng)、可隨時(shí)懸停等優(yōu)點(diǎn)[2]。其中，無(wú)人直升機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、載荷量大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、操作復(fù)雜等特點(diǎn)；多旋翼式無(wú)人機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但載荷量較小，續(xù)航時(shí)間多數(shù)為30min左右。

2 無(wú)人機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)

搭載各種傳感器和遙感相機(jī)的無(wú)人機(jī)可以對(duì)近地表實(shí)現(xiàn)多角度、高分辨率的連續(xù)圖像或視頻采集工作。所獲得實(shí)時(shí)信息內(nèi)容豐富，尤其適用于對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和監(jiān)管難度大的區(qū)域的監(jiān)測(cè)工作。目前無(wú)人機(jī)技術(shù)主要具備以下特點(diǎn)。

2.1 運(yùn)行成本低，工作效率高

與其它方法相比，無(wú)人機(jī)的造價(jià)和后期維護(hù)成本低。各地區(qū)可以根據(jù)自己需要選擇相應(yīng)類別的無(wú)人機(jī)，對(duì)本轄區(qū)重點(diǎn)區(qū)域、氣候條件較惡劣的地區(qū)、高危地區(qū)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而顯著減少外界條件干擾帶來(lái)的人員傷亡的可能，提高工作人員的工作效率和準(zhǔn)確度。

2.2 監(jiān)測(cè)精度高

無(wú)人機(jī)具有操作靈活、反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。在洪澇災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，無(wú)人機(jī)可以深入高危地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)影像傳輸，為地面工作人員及時(shí)提供災(zāi)區(qū)現(xiàn)狀，便于應(yīng)急救援單位協(xié)調(diào)救援工作，降低搶險(xiǎn)救災(zāi)的難度，同時(shí)也保證了救援人員的安全。在河流汛期時(shí)，無(wú)人機(jī)可以迅速到達(dá)出現(xiàn)險(xiǎn)情的上空，及時(shí)為有關(guān)單位實(shí)時(shí)監(jiān)控汛情走向，為防汛指揮部作出決策提供較為客觀真實(shí)的信息，降低因?qū)﹄U(xiǎn)情數(shù)據(jù)獲取較少而造成的損失。如，2018年8月，黑龍江省某河道突然遭遇上游強(qiáng)降雨，河床水位迅速上漲，部分地區(qū)堤防和河道均出現(xiàn)險(xiǎn)情；為快速解決該險(xiǎn)情，有關(guān)工作人員及時(shí)調(diào)用無(wú)人機(jī)在洪澇區(qū)進(jìn)行高空作業(yè)，通過(guò)實(shí)時(shí)影像傳輸功能為地面指揮人員第一時(shí)間提供險(xiǎn)情水情數(shù)據(jù)，便于確定來(lái)水方向和各堤防的泄洪強(qiáng)度，為防汛指揮決策提供準(zhǔn)確依據(jù)，顯著提高了防汛指揮部門(mén)的運(yùn)行效率[4]。

2.3 操作靈活，可以對(duì)建筑物進(jìn)行多角度監(jiān)測(cè)

采用物理方法（黃板誘殺等）和化學(xué)方法（藥土等）相結(jié)合無(wú)水防治，施用煙霧劑和粉塵劑，如果采用噴霧劑施藥，要在晴天上午施用適當(dāng)減少防治次數(shù)和噴液量，防止棚內(nèi)濕度過(guò)高。

2.4 飛行易受低溫、大風(fēng)等天氣干擾

無(wú)人機(jī)具有視角廣闊、實(shí)時(shí)傳輸不受地形地貌影響等優(yōu)勢(shì)。在水利行政執(zhí)法巡查中可以代替巡查人員定期對(duì)垃圾傾倒、河道采砂、非法占河等違法行為進(jìn)行巡查，輔助監(jiān)察提取位置和范圍等信息，顯著提高了巡查人員的巡查效率和針對(duì)相關(guān)違法案件證據(jù)收集工作效率。如，2015年在廣佛肇高速公路修建期間，施工單位為減少成本，在很多隱蔽地方非法堆棄建筑材料，給生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。為此，廣東省水利廳在日常巡查中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，采用無(wú)人機(jī)直接對(duì)施工單位正在違法作業(yè)行為和違法棄渣場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照和錄像取證，而后整理成材料提交到法院作為核心證據(jù)，顯著提高了水利行政執(zhí)法的工作效率。

2.5 數(shù)據(jù)處理的特殊性

無(wú)人機(jī)作業(yè)效率高、作業(yè)成本低，可以搭載攝影及其它檢測(cè)設(shè)備對(duì)水工建筑物及其相關(guān)構(gòu)筑物進(jìn)行快速檢查，及時(shí)巡查獲取水工建筑物運(yùn)行現(xiàn)狀、大壩變形、基層沉降、庫(kù)區(qū)水位變幅，核查岸坡是否存在地基變形、滑坡、垮塌等災(zāi)害發(fā)生前的詳細(xì)跡象，便于水利工作者對(duì)水利工程現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)。如，湖南省應(yīng)急管理廳為提高轄區(qū)內(nèi)水庫(kù)病險(xiǎn)診斷效率，利用無(wú)人機(jī)對(duì)江華瑤族自治縣病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行三維立體模型，為后期水庫(kù)除險(xiǎn)加固工作和開(kāi)展防汛提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料和科學(xué)依據(jù)[5]。

3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水利行業(yè)中應(yīng)用

3.1 在應(yīng)急救援工作中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)可以根據(jù)任務(wù)需要隨時(shí)起降飛行，也可以預(yù)設(shè)航線進(jìn)行定期巡航以獲取待測(cè)地區(qū)的相關(guān)圖像和視頻，交由專業(yè)人士進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。與其它方法相比，無(wú)人機(jī)測(cè)量精度為亞米級(jí)，獲得有關(guān)數(shù)據(jù)成本低、耗時(shí)短，可為有關(guān)單位科學(xué)決策和統(tǒng)計(jì)工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

3.2 在水利行政執(zhí)法巡查中的應(yīng)用

目前無(wú)人機(jī)多由電池供電，易受到外界低溫的影響，導(dǎo)致續(xù)航時(shí)間急速下降。因此，在日常使用中，應(yīng)注意外界天氣條件對(duì)無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間的影響。此外，因無(wú)人機(jī)體積小、重量輕，易受大風(fēng)天氣干擾，導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行不穩(wěn)定，增加人為操控難度。嚴(yán)重時(shí)易造成無(wú)人機(jī)失控，出現(xiàn)墜毀現(xiàn)象[3]。

通過(guò)對(duì)3種吸附黃酮效果良好的樹(shù)脂進(jìn)行靜態(tài)吸附及解吸試驗(yàn)，確定了吸附分離紅薯葉黃酮的最優(yōu)樹(shù)脂為AB-8大孔吸附樹(shù)脂，與任云霞等[10]、洪雪娥等[11]研究結(jié)果一致。通過(guò)正交試驗(yàn)得到其最佳吸附條件為：上樣液濃度300 mg/L、流速2 mL/min、上樣液pH 5.0，其對(duì)紅薯葉總黃酮吸附率可達(dá)66.8%；最佳解吸條件為：洗脫液濃度90%、洗脫液流速4 mL/min、洗脫液用量5 BV，樹(shù)脂的解吸率可達(dá)70.3%。

無(wú)人機(jī)體積較小，重量較輕，飛行角度容易操控，可在險(xiǎn)峻地勢(shì)和各種水工建筑物之間穿梭，易獲取不同點(diǎn)位的圖像和視頻記錄。此外，無(wú)人機(jī)可以通過(guò)掛載不同角度攝像頭對(duì)水工建筑物進(jìn)行拍攝，為后期構(gòu)建高精度等比例水工模型和水工建筑物的病險(xiǎn)監(jiān)測(cè)提供有力的參考數(shù)據(jù)。

3.3 提高水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新速度

在眾多水利基建地區(qū)和河道流經(jīng)地區(qū)，常存在人力不能及時(shí)或難以達(dá)到的現(xiàn)場(chǎng)。目前多采用衛(wèi)星遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄功能進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔工作。這些存檔數(shù)據(jù)多數(shù)均存在明顯的滯后性，在實(shí)際應(yīng)用中的時(shí)效性和可信度對(duì)水利管理部門(mén)決策容易造成影響。此外，水利部門(mén)屬于艱苦行業(yè)，各部門(mén)負(fù)責(zé)河流區(qū)域范圍廣、河段多，基層人員工作量負(fù)荷大，人才流失現(xiàn)象嚴(yán)重。為此，可以利用無(wú)人機(jī)在河道沿線進(jìn)行低空定點(diǎn)巡航，以獲得大量高清晰、可解讀的復(fù)雜區(qū)域的遙感影像數(shù)據(jù)，及時(shí)了解各地水庫(kù)庫(kù)區(qū)水域面積變化、淹沒(méi)范圍、泄洪沖擊范圍、河道變化走向及轄區(qū)內(nèi)水土流失情況，減少基層人員工作壓力。如，常德市紅旗水庫(kù)近些年來(lái)采用航測(cè)無(wú)人機(jī)對(duì)庫(kù)區(qū)流域面積、淹沒(méi)調(diào)查、防護(hù)區(qū)以及壩址等進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。所獲得資料在在效率、精度、質(zhì)量等層面上均滿足要求，極大地減輕了紅旗水庫(kù)流域管理局日常工作壓力。

新疆烏魯木齊經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)(頭屯河區(qū))率先使用無(wú)人機(jī)對(duì)所在轄區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格監(jiān)督檢查，協(xié)助執(zhí)法部門(mén)進(jìn)行拍攝取證，同時(shí)進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)采集，建立實(shí)景三維模型等，極大地提升水利行政執(zhí)法巡查工作效率。

3.4 在日常巡查水工建筑物及其相關(guān)構(gòu)筑物病害中的應(yīng)用

無(wú)人機(jī)執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)主要分為外業(yè)飛行和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工作。完整的數(shù)據(jù)采集工作是獲得高質(zhì)量數(shù)據(jù)的基本保證，因此無(wú)人機(jī)在操控時(shí)必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)后方可上崗。此外，無(wú)人機(jī)執(zhí)行任務(wù)后獲得數(shù)據(jù)量較大，對(duì)相關(guān)軟件和技術(shù)人員要求高，尤其是建筑物的病害分析，均需要大量的科研準(zhǔn)備工作才可以正常進(jìn)行。

對(duì)于灌區(qū)渠道巡查效率低等問(wèn)題，使用無(wú)人機(jī)可以快速針對(duì)各干、支渠和水閘進(jìn)行檢測(cè)，減輕渠系維護(hù)人員巡查壓力，及時(shí)發(fā)現(xiàn)渠系破損或淤積部分，提高渠系建筑物使用壽命和養(yǎng)護(hù)效率。

本文方法引入DPM/MIM矩陣聚類的內(nèi)聚性準(zhǔn)則來(lái)平衡正交度準(zhǔn)則，通過(guò)調(diào)低TOPSIS的相對(duì)權(quán)重矢量中R值的權(quán)重值，設(shè)計(jì)人員很容易避開(kāi)不合理的模塊劃分方案。

4 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在水利行業(yè)應(yīng)用展望

4.1 制定無(wú)人機(jī)行業(yè)有關(guān)規(guī)范

無(wú)人機(jī)遙感屬于新興智能化監(jiān)測(cè)與巡查技術(shù)，但限于該技術(shù)的推廣和使用時(shí)間較短，相關(guān)法律體系和行業(yè)規(guī)范存在一定程度上的缺失，有關(guān)人員在日常使用時(shí)易出現(xiàn)安全與秩序問(wèn)題，引發(fā)一些不必要的麻煩。因此，建議地方政府和有關(guān)單位盡快遵照國(guó)家現(xiàn)有法律法規(guī)，根據(jù)水利行業(yè)的特點(diǎn)制定和規(guī)范無(wú)人機(jī)應(yīng)用和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，建立無(wú)人機(jī)空中交通管理模式，確保相關(guān)人員在無(wú)人機(jī)的日常使用中有法可依。

4.2 加強(qiáng)水利行業(yè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用人才培養(yǎng)和管理

隨著無(wú)人機(jī)行業(yè)的迅速發(fā)展，一些普通高校和職業(yè)院校正在加緊設(shè)立與無(wú)人機(jī)相關(guān)專業(yè)。但現(xiàn)今社會(huì)處于多學(xué)科交叉融合階段，單純對(duì)無(wú)人機(jī)理論知識(shí)和實(shí)際操作的職業(yè)教育已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)需求。對(duì)于水利行業(yè)而言，相關(guān)法律法規(guī)和水利類基礎(chǔ)知識(shí)是相關(guān)從業(yè)人員必備條件。因此，建議無(wú)人機(jī)行業(yè)的人才培養(yǎng)應(yīng)根據(jù)各行業(yè)需求，加大各學(xué)科專業(yè)知識(shí)的融會(huì)貫通，培育出適應(yīng)各行業(yè)的綜合型人才。此外，在基層人員眼中無(wú)人機(jī)屬于高端儀器，相關(guān)配件和傳感器價(jià)格過(guò)高，即使經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的培訓(xùn)，也易出現(xiàn)不會(huì)使用和不敢使用等問(wèn)題。因此，在推廣無(wú)人機(jī)使用時(shí)，應(yīng)注意定期對(duì)一線操作人員的專業(yè)培訓(xùn)，提升基層人員綜合素質(zhì)。同時(shí)，構(gòu)建維修、保養(yǎng)、答疑等綜合服務(wù)體系，減輕一線人員對(duì)無(wú)人機(jī)使用的壓力。

4.3 強(qiáng)化無(wú)人機(jī)行業(yè)的技術(shù)攻堅(jiān)

無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)作為新興智能化監(jiān)測(cè)與巡查技術(shù)，在水利行業(yè)中具備較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但在日常使用時(shí)，仍存在一些問(wèn)題，如大風(fēng)或氣候條件惡劣等造成數(shù)據(jù)精確度下降、巡航時(shí)間大大縮減；無(wú)人機(jī)操作復(fù)雜，對(duì)專業(yè)人士技術(shù)要求較高等。因此，亟需對(duì)此進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，在提高無(wú)人機(jī)惡劣天氣適用性的同時(shí)簡(jiǎn)化無(wú)人機(jī)操作強(qiáng)度。此外，無(wú)人機(jī)可以搭載多個(gè)探頭對(duì)基建設(shè)施和場(chǎng)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如何通過(guò)傳感器采集的數(shù)據(jù)擴(kuò)大無(wú)人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也是現(xiàn)階段研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。技術(shù)攻堅(jiān)仍是無(wú)人機(jī)行業(yè)發(fā)展的重中之重。

1.2.6 RT-qPCR Trizol法提取細(xì)胞總RNA并測(cè)定RNA濃度和純度,調(diào)整樣品濃度后按照RT Mix試劑說(shuō)明書(shū)反轉(zhuǎn)錄合成cDNA，PCR反應(yīng)體系為5 μL SYBR、3.6 μL DEPC水、0.4 μL引物與1 μL cDNA。內(nèi)參GAPDH引物序列為5′-AGAAGGCTGGGGC-TCATTTG-3′和5′-AGGGGCCATCCACAGTCTT-C-3′；Atg5引物序列為5′-GCTTCGAGATGTGTGG-TTTG-3′和5′-CAGTGGTGTGCCTTCATATT-3′，其相對(duì)表達(dá)量用2-ΔΔCt表示。

5 結(jié)論

隨著我國(guó)水利信息化水平的不斷提升，以無(wú)人機(jī)為代表的最新技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到水利行業(yè)的方方面面，尤其在應(yīng)急救援、水利行政執(zhí)法和水利工程建筑物日常維護(hù)等方面均起到了舉足輕重的作用。因此，無(wú)人機(jī)技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用對(duì)水利工程具有重要的意義與廣大的應(yīng)用前景。未來(lái)無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展?jié)摿薮螅渑c水利行業(yè)如何更好的結(jié)合值得進(jìn)一步研究和探討。